2020届高考物理总复习第五章机械能核心素养提升练十五5.2动能定理及其应用含解析新人教版.docx

动能定理及其应用(45分钟100分)(20分钟50分)一、选择题(本题共5小题，每小题7分，共35分。14题为单选题，5题为多选题)1.(创新预测)一质点做初速度为v0的匀加速直线运动，从开始计时经时间t质点的动能变为原来的9倍。该质点在时间t内的位移为()A.v0tB.2v0tC.3v0tD.4v0t 【解析】选B。由Ek=mv2得v=3v0，x=(v0+v)t=2v0t ，故A、C、D错误，B正确。2.(2019济南模拟)静止在地面上的物体在不同合外力F的作用下通过了相同的位移x0，下列情况中物体在x0位置时速度最大的是()【解析】选C。由于F-x图象所包围的面积表示力做功的大小，已知物体在不同合外力F的作用下通过的位移相同，C选项中图象包围的面积最大，因此合外力做功最多，根据动能定理W合=mv2-0，可得C选项物体在x0位置时速度最大，故A、B、D错误，C正确。【加固训练】质量m=10 kg的物体只在变力F作用下沿水平方向做直线运动，F随坐标x的变化关系如图所示。若物体从坐标原点处由静止出发，则物体运动到x=16 m处时的速度大小为()A.3 m/sB.4 m/sC.2 m/sD. m/s【解析】选C。F-x图线与x轴围成的面积表示力F所做的功，则这段过程中，外力做功为W=(4+8)10 J-410 J=40 J，根据动能定理得W=mv2，解得v= m/s=2 m/s，故C正确，A、B、D错误。3.坐落在镇江新区的摩天轮高88 m，假设乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是()A.在摩天轮转动的过程中，乘客速度始终保持不变B.在最低点时，乘客所受重力大于座椅对他的支持力C.在摩天轮转动一周的过程中，合力对乘客做功为零D.在摩天轮转动的过程中，乘客重力的功率保持不变【解析】选C。摩天轮在运动过程中做匀速圆周运动，乘客的速度大小不变，方向时刻变化，故A错误；在最低点时，由重力和支持力的合力提供向心力Fn，向心力指向上方，所以Fn=FN-mg，则支持力FN=mg+Fn，所以座椅对他的支持力大于重力，故B错误；在摩天轮转动一周的过程中，动能的变化量为零，由动能定理知，合力对乘客做功为零，故C正确；在摩天轮转动的过程中，乘客的重力大小不变，速度大小不变，但是速度方向时刻在变化，竖直分速度在变化，所以重力的瞬时功率在变化，故D错误。4.(2019厦门模拟)用铁锤把小铁钉钉入木板，设木板对铁钉的阻力与铁钉进入木板的深度成正比。已知铁锤第一次使铁钉进入木板的深度为d，接着敲第二锤，如果铁锤第二次敲铁钉时对铁钉做的功与第一次相同，那么，第二次使铁钉进入木板的深度为()A.(-1)dB.(-1)dC.dD.d【解析】选B。由题意可知，阻力与深度d成正比，则有Ff=kd，阻力做的功Wf=Ffd=kd2，由动能定理得，第一次敲铁钉W-kd2=0-0，两次敲铁钉2W-k(d+ d)2=0-0，解得d=(-1)d，故B正确，A、C、D错误。5.(创新预测)质量相等的A、B两物体放在同一水平面上，分别受到水平拉力F1、F2的作用从静止开始做匀加速直线运动。经过时间t0和4t0速度分别达到2v0和v0时，分别撤去F1和F2，以后物体继续做匀减速直线运动直至停止，两物体速度随时间变化的图线如图所示。则下列结论正确的是()A.A、B物体所受摩擦力=21B.A、B物体所受摩擦力=11C.F1和F2对A、B做的功W1W2=65D.F1和F2对A、B做的功W1W2=125【解析】选B、C。从图象可知，两物体匀减速运动的加速度大小都为a=，根据牛顿第二定律，匀减速运动中有Ff=ma，则两物体所受摩擦力相同，故A错误，B正确；图线与时间轴所围成的面积表示运动的位移，则位移之比为65，对全过程运用动能定理得，W1-Ffx1=0，W2-Ffx2=0，解得W1= Ffx1，W2= Ffx2，所以整个运动过程中F1和F2做功之比为65，故C正确，D错误。二、计算题(本题共15分，需写出规范的解题步骤)6.(2017全国卷)为提高冰球运动员的加速能力，教练员在冰面上与起跑线相距s0和s1(s1tanB.小物块下滑的加速度逐渐增大C.小物块下滑到斜面底端的过程中克服摩擦力做的功为0mglcosD.小物块下滑到底端时的速度大小为【解题指导】解答本题应注意以下三点：(1)小物块在斜面上能够下滑的条件是mgsin0mgcos。(2)由图象写出函数表达式，再根据滑动摩擦力的表达式写出滑动摩擦力随位移变化的函数关系式，并画出Ff-x图象。(3)由动能定理求小物块滑到斜面底端的速度。【解析】选B、C。小物块在斜面顶端静止释放能够下滑，则满足mgsin0mgcos，即0tan，故A错误；根据牛顿第二定律得a=gsin-gcos，下滑过程中逐渐减小，则加速度a逐渐增大，故B正确；由图乙可知=-x+0，则摩擦力F=mgcos=-x+0mgcos，可知Ff与x成线性关系，如图所示，其中Ff0=0mgcos，图线和横轴所围成的面积表示克服摩擦力做的功，则下滑到斜面底端的过程克服摩擦力做功WFf=Ff0l=0mglcos，故C正确；下滑过程根据动能定理得mglsin-WFf=mv2-0，解得v=，故D错误。10.(8分)(2019唐山模拟)如图位于竖直面内的光滑轨道AB，与半径为R的圆形轨道底部相通，圆形轨道上部有一缺口CDE，D点为圆形最高点，COD=DOE=30，质量为m可视为质点的小球自光滑轨道AB上某点静止下滑，由底部进入圆形轨道，通过不断调整释放位置，直到小球从C飞出后能无碰撞地从E进入左侧轨道，重力加速度为g。下列说法正确的是()A.小球通过最高点的速度大小为B.小球通过C点时速度大小为C.小球从C点运动到最高点的时间为D.A点距地面的高度为R【解析】选D。小球离开C点做斜上抛运动，令其速度为vC，其速度方向与水平方向的夹角=30，离开C点后小球在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向上做竖直上抛运动，到达E点时，小球在水平方向的位移恰好等于轨道的半径R，设小球由C运动到E的时间为t，则水平方向R =vCcos30t，竖直方向2vCsin30=gt，解得vC=，小球运动到最高点时，在竖直方向的速度减小为零，水平方向的速度为vCcos30=，故A、B错误；小球从C点运动到最高点的时间t=，故C错误；小球从A点到C点只有重力做功，由动能定理得mgh-mg(R+Rcos30)=m-0，解得h=R，故D正确。【总结提升】动能定理的选用条件(1)不涉及加速度、时间的问题。(2)有多个物理过程且不需要研究整个过程中的中间状态的问题。(3)求解变力做功的问题。11.(18分)(2019西安模拟)如图所示，在粗糙水平台阶上静止放置一质量m=0.5 kg的小物块，它与水平台阶表面间的动摩擦因数=0.5，且与台阶边缘O点的距离s=5 m。在台阶右侧固定了一个以O点为圆心的圆弧形挡板，并以O点为原点建立平面直角坐标系。现用F=5 N的水平恒力拉动小物块，一段时间后撤去拉力，小物块最终水平抛出并击中挡板(g取10 m/s2)。(1)若小物块恰能击中挡板的上边缘P点，P点的坐标为(1.6 m，0.8 m)，求其离开O点时的速度大小。(2)为使小物块击中挡板，求拉力F作用的距离范围。(3)改变拉力F的作用时间，使小物块击中挡板的不同位置，求击中挡板时小物块动能的最小值。(结果可保留根式)【解题指导】解答本题应注意以下三点：(1)小物块从O到P做平抛运动。(2)根据动能定理求出拉力F作用的距离。(3)根据平抛运动的知识，结合圆的方程，根据动能定理求出击中挡板的小物块动能的最小值。【解析】(1)小物块从O到P做平抛运动，则： 水平方向：x=v0t竖直方向：y=gt2解得：v0=4 m/s(2)为使小物块击中挡板，小物块必须能运动到O点，设拉力F作用的最短距离为x1，由动能定理得：Fx1-mgs=Ek-0=0解得：x1=2.5 m为使小物块不会飞出挡板，小物块的平抛初速度不能超过4 m/s；设拉力F作用的最长距离为x2，由动能定理得：Fx2-mgs=m解得：x2=3.